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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2014.tde-15042015-152624
Documento
Autor
Nome completo
Alice de Sousa Cassetari
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2014
Orientador
Banca examinadora
Lambais, Marcio Rodrigues (Presidente)
Fiore, Marli de Fatima
Fracetto, Giselle Gomes Monteiro
Pavinato, Paulo Sergio
Piccolo, Marisa de Cassia
Título em português
Fixação biológica de nitrogênio em cana-de-açúcar inoculada com bactérias diazotróficas
Palavras-chave em português
Bactérias fixadoras de nitrogênio
Biofertilizante
Filosfera
Gramíneas
Resumo em português
O processo de fixação biológica de nitrogênio (FBN) é a principal forma de entrada de nitrogênio (N) em ecossistemas naturais e é intermediado por microorganismos diazotróficos simbióticos ou de vida livre. A produção de biofertilizantes com bactérias diazotróficas é a principal alternativa ao uso de fertilizantes nitrogenados solúveis. Apesar da simbiose Rhizobium-leguminosas ser eficiente em promover o crescimento das plantas, a inoculação de bactérias diazotróficas em gramíneas vem apresentando resultados questionáveis, principalmente devido à baixa eficiência e incompatibilidade entre os atuais inoculantes bacterianos e as plantas. Os biofertilizantes para gramíneas utilizam bactérias endofíticas as quais desenvolvem interações pouco conhecidas com as plantas. Uma possibilidade para melhorar a eficiência da FBN em gramíneas é a aplicação de bactérias epifíticas de menor seletividade em relação às bactérias endofíticas. Os objetivos deste trabalho foram isolar novos genótipos de bactérias diazotróficas da filosfera de bambu da Mata Atlântica, verificar seu potencial biotecnológico in vitro e avaliar sua eficiência agronômica como biofertilizante em cana-de-açúcar em casa-de-vegetação. Foram obtidos 120 isolados bacterianos os quais foram caracterizados morfológica e filogenéticamente. Com relação ao potencial biotecnológico, 48 isolados bacterianos apresentaram resposta positiva nos testes in vitro de redução de acetileno (ARA) e para produção in vitro de ácido indol-3-acético (AIA) na presença de L-triptofano. Desses 48 isolados, 50% apresentaram capacidade de solubilizar fosfato de cálcio, 8% de produzir quitinases, 16% de produzir ACC desaminase e 17% de produzir sideróforos. O sequenciamento do gene rRNA 16S indicou que 75% dos isolados da filosfera de bambu foram similares à classe Gammaproteobacteria (Proteobacteria) , e a família Enterobacteriaceae. Dentre eles, 32% dos isolados apresentaram sequências similares a Klebsiella sp. e 2% foram similares a Serratia e Enterobacter. Das 48 sequências analisadas, 37% delas não foram classificadas quanto ao gênero, podendo então representar novos gêneros ou espécies. Dez isolados contendo o gene nifH foram selecionados para experimentos de eficiência agronômica em casa-de-vegetação usando bactérias inoculadas via pulverização foliar ou encapsuladas em micro-esferas de alginato e associados a diferentes níveis de adubação nitrogenada. A inoculação por meio de pulverização nas folhas de cana-de-açúcar resultou em aumento significativo de massa seca de parte aérea e concentração de N na parte aérea das plantas na sua fase inicial de desenvolvimento. A maior taxa de fixação nas folhas inoculadas foi observada sete dias após a inoculação no tratamento sem adição de N mineral. A inoculação no solo com os mesmos 10 isolados encapsulados em matriz polimérica em conjunto com diferentes níveis de adubação nitrogenada mostrou aumentos significativos de massa seca da parte aérea, raízes e concentração de N na parte aérea da cana-de-açúcar em comparação aos controles, principalmente nas fases tardias do desenvolvimento das plantas. O solo que recebeu as bactérias encapsuladas apresentaram elevadas taxas de FBN, oscilando entre 0 e 4 g de N g-1 h-1, 7 dias após a inoculação. Os resultados sugerem que as bactérias selecionadas possuem alto potencial biotecnológico para promover o crescimento das plantas em momentos diferentes do seu ciclo de desenvolvimento, dependendo do tipo de abordagem para inoculação.
Título em inglês
Biological nitrogen fixation in sugarcane inoculated with diazotrophic bacteria
Palavras-chave em inglês
Biofertilizer
Grasses
Nitrogen fixing bacteria
Phyllosphere
Resumo em inglês
The process of biological nitrogen fixation (BNF) is the most important form of nitrogen (N) input in natural ecosystems and is mediated by symbiotic or free-living diazotrophic microorganisms. The production of biofertilizers containing diazotrophic bacteria is the main alternative to the use of soluble nitrogen fertilizers, improving plant growth by nitrogen fixation or other plant growth promoting mechanisms. Despite the efficiency of the symbioses Rhizobium-legumes in promoting plant growth, the inoculation of diazotrophic bacteria in grasses, such as sugarcane, has shown variable results, mainly due to the low efficiency and incompatibility between the current bacterial strains used in inoculants and plant genotypes. Most of the biofertilizers for grasses uses endophytic bacteria that develop complexes interactions with the host plant, which are not totally understood. A possibility to improve the efficiency of BNF in grasses is the application of epiphytic diazotrophic bacteria that are less selective as compared to endophytes. The aims of this work were to isolate new genotypes of diazotrophic bacteria from the phyllosphere of bamboo from Atlantic Forest, determine their biotechnological potential based on in vitro assays, and evaluate their agronomic efficiency as biofertilizer for sugarcane under greenhouse conditions. A total of 120 bacterial isolates were obtained and characterized morphologically and phylogenetically. Regarding the biotechnological potential, 48 isolates showed positive responses under in vitro the acetylene reduction assay (ARA) and indole-acetic-acid (IAA) production in vitro assay in the presence of L-tryptophan. Among the 48 isolates evaluated, 50% were able to solubilize calcium phosphate, 8% produced chitinases, 16% were able to produce ACC deaminase, and 17% produced siderophores. The sequencing of the rRNA 16S gene revealed that 75% of the isolates were phylogenetically related to the family Enterobacteriaceae (Gammaproteobacteria) . The genus Klebsiella accounted for 32% of the isolates, whereas Serratia and Enterobacter accounted for 2%. Aproximatelly 37% of the isolates were assembled unclassified Bacteria. Ten isolates containing the nifH gene were selected for agronomic efficiency test under greenhouse conditions, using bacteria inoculated via foliar spraying, or encapsulation in alginate beads and inoculation in the soil, associated with different doses of nitrogen fertilizer. The inoculation on the sugarcane leaf surfaces resulted in significant increases in root biomass and N concentration in the shoots at the early stage of plant development. The highest N fixation rates in inoculated leaves were observed 7 days after inoculation in the absence of mineral N. The soil inoculation with the same 10 isolates immobilized in polymeric matrix in addiction to different rates of nitrogen fertilization showed significant increases in shoot and root biomass and N concentration in the shoots of sugarcane, when compared to the controls, mostly at later stages of plant development. The soil inoculated with encapsulated bacteria showed high rates of BNF even when nitrogen fertilizer was applied, ranging between 0 and 4 g of N g-1 h-1 seven days after the inoculation. The results suggest that the selected bacteria have high biotechnological potential to promote sugarcane growth at different stages of development, depending on the inoculation approach.
 
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Data de Publicação
2015-04-28
 
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